CN114121839A - 半导体结构 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供一种半导体结构，包括：半导体基底，所述半导体基底具有第一面和与所述第一面相对的第二面；焊盘，所述焊盘位于所述第一面；热传递层，所述热传递层位于所述第一面，且所述热传递层与所述焊盘接触；凹槽，所述凹槽位于所述半导体基底内，且所述凹槽与所述热传递层连通。本发明实施例提供的一种半导体结构，有利于解决半导体结构散热能力差和半导体结构中焊盘局部温度过高的问题。
Description
技术领域
本发明实施例涉及集成电路封装技术领域，特别涉及一种半导体结构。
背景技术
随着集成电路不断的改进、发展，体积不断的减小，在功能上则不断的提升，而在提升功能的同时，集成电路所需要的芯片数量越来越多、半导体封装的集成度和整合度逐步增强，对于半导体的散热管理便成为集成电路与半导体封装制程中十分重要的设计重点。由于芯片嵌入在散热能力不良的有机材料内部，热量无法快速散出可能会造成***性能下降甚至完全失效。
在堆叠封装半导体结构中，散热性能尤为重要。由于目前各种散热技术都无法有效传导或消散焊盘的热量，导致半导体封装结构中局部温度峰值过高，且对整个半导体封装结构的可靠性产生负面影响。
发明内容
本发明实施例提供一种半导体结构，用于解决半导体结构散热能力差和半导体结构中焊盘局部温度过高的问题。
为解决上述问题，本发明实施例提供一种半导体结构，包括：半导体基底，所述半导体基底具有第一面和与所述第一面相对的第二面；焊盘，所述焊盘位于所述第一面；热传递层，所述热传递层位于所述第一面，且所述热传递层与所述焊盘接触；凹槽，所述凹槽位于所述半导体基底内，且所述凹槽与所述热传递层连通。
另外，所述凹槽沿垂直所述半导体基底的方向贯穿所述半导体基底；或者，所述凹槽为位于所述半导体基底内的盲孔。
另外，所述凹槽为位于所述半导体基底的盲孔，所述半导体结构还包括：连通孔，所述连通孔位于所述半导体基底内且所述连通孔的延伸方向与所述凹槽的延伸方向不同，所述半导体基底暴露出所述连通孔的一端，且所述连通孔的另一端与所述凹槽相连通。
另外，所述热传递层与所述焊盘的侧面相接触。
另外，所述热传递层与所述焊盘朝向所述第二面的底面相接触。
另外，所述热传递层的材料为绝缘材料。
另外，热传递层的材料包括：导热硅胶、导热绝缘弹性橡胶或导热填充胶。
另外，所述热传递层覆盖所述凹槽的一端。
另外，所述凹槽的数量为多个，且同一所述热传递层与多个所述凹槽连通。
另外，还包括：导热层，所述导热层位于所述凹槽内，且所述导热层的体积小于所述凹槽的容积。
另外，所述导热层为金属材料。
另外，所述半导体基底包括中间区域以及环绕所述中间区域的边缘区域，所述凹槽包括：位于所述中间区域的第一凹槽，位于所述边缘区域的第二凹槽，且所述第一凹槽贯穿所述半导体基底，所述第二凹槽为位于所述半导体基底内的盲孔。
另外，还提供一种半导体封装结构，其特征在于，包括多个依次堆叠设置的上述任一所述的半导体结构。
另外，多个所述半导体结构的多个所述凹槽相连通。
另外，多个所述半导体结构包括第一半导体结构和第二半导体结构；所述第二半导体结构还包括位于所述第二半导体结构第二面的焊盘；所述第一半导体结构第一面的焊盘和所述第二半导体结构第二面的焊盘相连接。
与现有技术相比，本发明实施例提供的技术方案具有以下优点：
本发明实施例提供一种半导体结构，包括：半导体基底，所述半导体基底具有第一面和与所述第一面相对的第二面；焊盘，所述焊盘位于所述第一面；热传递层，所述热传递层位于所述第一面，且所述热传递层与所述焊盘接触；凹槽，所述凹槽位于所述半导体基底内，且所述凹槽与所述热传递层连通。
所半导体基底包括焊盘、热传递层和凹槽，焊盘与热传递层接触，凹槽和热传递层连通，所以焊盘上的热量可以通过所述热传递层传递到所述凹槽中，有利于防止所述焊盘中热量积累引起的半导体结构局部温度峰值过高，从而防止半导体结构***性能下降甚至完全失效，进而解决半导体结构散热能力差和半导体结构中焊盘局部温度过高的问题。
所述凹槽为位于所述半导体基底内的盲孔，所述半导体结构还包括：连通孔，所述连通孔位于所述半导体基底内且所述连通孔的延伸方向与所述凹槽的延伸方向不同，所述半导体基底暴露出所述连通孔的一端，且所述连通孔的另一端与所述凹槽相连通，且所述半导体基底包括中间区域以及环绕所述中间区域的边缘区域，所述凹槽包括：位于所述中间区域的第一凹槽，位于所述边缘区域的第二凹槽，且所述第一凹槽贯穿所述半导体基底，所述第二凹槽为位于所述半导体基底内的盲孔。
所述凹槽可以贯穿所述半导体基底或者为在所述半导体基底内的盲孔，如果所述凹槽是所述半导体基底内的盲孔，则有一端暴露在所述半导体基底外的所述连通孔与所述凹槽连通，或者，此所述凹槽在所述半导体基底的所述边缘区域，这样所述焊盘的热量通过所述热传递层传递到所述凹槽里之后，不同的所述凹槽都可以连通到***环控或暴露在空气中，将所述焊盘的热量传递到***环控或空气中，防止了热量积蓄在半导体结构内，提高了半导体结构的可靠性。
所述半导体结构还包括：导热层，所述导热层位于所述凹槽内，且所述导热层的体积小于所述凹槽的容积。凹槽中有体积小于凹槽容积的导热层，增强了凹槽吸收热量的能力，可以尽快散去焊盘上的热量，防止信号受干扰，提高半导体结构的可靠性。
附图说明
一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
图1为本发明实施例提供的一种半导体结构的半导体基底的俯视结构示意图；
图2为图1中沿PP1方向切割的一种剖面结构示意图；
图3为图1中沿PP1方向切割的另一种剖面结构示意图；
图4为图1中沿PP1方向切割的又一种剖面结构示意图；
图5为图1中沿PP1方向切割的再一种剖面结构示意图；
图6为本发明一实施例提供的一种半导体封装结构的一种剖面结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知，现有技术的半导体结构的散热性能有待提高。
现有技术中，半导体封装散热多采用冷板和热沉贴在封装结构背面，将热量传递到***环控或空气中，但这种散热结构与芯片不直接接触，中间隔着封装基板和外壳，由于封装基板热导率低，且膜层间界面热阻大，热量不能及时高效的传递出来，使得封装结构整体散热效果差，进而导致封装结构可靠性较差。此外，现有技术中还在晶圆中设置伪连接件，然而，目前各种散热技术中都无法有效传导或消散焊盘的热量，导致半导体结构中局部温度峰值过高，且会对整个半导体结构的可靠性产生负面影响。
为解决上问题，本发明实施提供一种半导体结构，解决半导体结构散热能力差和半导体结构中焊盘局部温度过高的问题。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施例中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
图1为本发明实施例提供的一种半导体结构的半导体基底的俯视结构示意图；图2为图1中沿PP1方向切割的一种剖面结构示意图；图3为图1中沿PP1方向切割的另一种剖面结构示意图；图4为图1中沿PP1方向切割的又一种剖面结构示意图；图5为图1中沿PP1方向切割的再一种剖面结构示意图。
参考图1和图2，本发明第一实施例中的半导体结构，包括：半导体基底100，半导体基底100具有第一面101和与第一面101相对的第二面105；焊盘102，焊盘位于所述第一面101；热传递层103，热传递层103位于第一面101，且热传递层103与焊盘102接触；凹槽104，凹槽104位于半导体基底100内，且凹槽104与热传递层103连通。
以下将结合附图对本发明第一实施例提供的半导体结构进行详细说明。
半导体基底100为晶圆或芯片。
如图2所示，在本发明实施例中，半导体基底100包括位于第一面101的凹槽104、热传递层103和焊盘102，凹槽104与热传递层103连通，热传递层103与焊盘102接触。在其他实施例中，半导体基底还包括绝缘层，绝缘层覆盖于半导体基底的第一面，且热传递层和焊盘位于绝缘层的第一面。
如此，焊盘102上的热量可以通过热传递层103传递到凹槽104中，防止了焊盘102中热量积累引起的半导体结构局部温度峰值，进而防止了半导体结构空间内温度急剧上升，以及防止温度急剧上升导致的信号干扰、***性能下降甚至完全失效的问题，解决了半导体结构散热能力差和半导体结构中焊盘102局部温度过高的问题。
凹槽104位于半导体基底100内。具体地，如图2所示，在本发明实施例中，凹槽104沿垂直半导体基底100的方向贯穿半导体基底100。
凹槽104的深宽比可以为20：1至100：1，具体的，凹槽104的深宽比可以为40：1、60：1或80：1。
凹槽104的宽度可以为2～10μm，具体的，凹槽104的宽度可以为4μm、6μm或8μm。
在另一个例子中，如图3所示，凹槽104为位于半导体基底100内的盲孔，当凹槽104为位于半导体基底100的盲孔时，半导体结构还包括连通孔106，连通孔106位于半导体基底100内且连通孔106的延伸方向与凹槽104的延伸反向不同，半导体基底100暴露出连通孔106的一端，且连通孔106的另一端与凹槽104相连通。
可以理解的是，半导体基底100内的凹槽104可以为贯穿半导体基底100的通孔，或者是半导体基底100内的盲孔，当凹槽104为半导体基底100内的盲孔时，该凹槽会与一端暴露在半导体基底100外的连通孔106连通。
如此，保证了半导体基底100内的每一个凹槽104都与***环控或空气连通，可以快速的将凹槽104中的热量传导出半导体结构，提高了半导体结构的可靠性，解决了半导体结构散热能力差和半导体结构中焊盘局部温度过高的问题。
如图4所示，在另一个例子中，半导体结构还包括导热层107，导热层107位于凹槽104内，且导热层107的体积小于凹槽104的容积。可以理解的是，导热层107可以为金属材料。
本发明实施例中，凹槽104中有体积小于凹槽104容积的导热层107，导热层107增强了凹槽104吸收热量的能力，可以尽快散去焊盘102上的热量，防止信号受干扰，提高半导体结构的可靠性。解决了半导体结构散热能力差和半导体结构中焊盘102局部温度过高的问题。其中，导热层107体积小于凹槽104的容积，可以防止导热层107受热后热胀冷缩挤压凹槽104。
如图5所示，一个半导体基底100可包括多个凹槽，例如第一凹槽1041和第二凹槽1042。可以理解的是，多个凹槽104可以提高焊盘102的散热速率，提高了半导体结构的可靠性。
在本发明实施例中，如图3所示，同一热传递层103与一个凹槽104连通。在另一个例子中，如图5所示，同一热传递层103与多个凹槽(第一凹槽1041和第二凹槽1042)连通。多个凹槽104可以提高热传递层103的散热速率，提高了半导体结构的可靠性。
在本发明实施例中，热传递层103与凹槽104的连通方式为热传递层103覆盖凹槽104的一端。在另一个例子中，如图5所示，热传递层103的侧壁与凹槽104的侧壁齐平，以及热传递层103覆盖凹槽104的一端。可以理解的是，热传递层还可以仅覆盖凹槽的一端或者覆盖凹槽的部分端面。热传递层103与凹槽104连通的面积越大，导热效果越好。
热传递层103为绝缘材料，热传递层103的材料包括：导热硅胶、导热绝缘弹性胶或导热填充胶。
其中，导热填充胶具有高导热性和电气绝缘性，能在室温下硫化凝固，起到粘、密封、成型的作用，同时能将发热体的热量迅速传导出来，起到冷却发热体的作用，导热效果极佳。
导热绝缘弹性胶采用硅橡胶基材，氮化硼、氧化铝等陶瓷颗粒为填充剂。比导热硅胶具有更优良的导热效果，同等条件下，热阻抗小于其他导热材料。
导热硅胶包括导热硅脂、导热硅胶带、导热矽胶布等，是应用最为广泛的导热材料。
在本发明实施例中，如图3所示，热传递层103与焊盘102的侧面相接触。在另一个例子中，热传递层与焊盘朝向第二面的底面相接触。可以理解的是，如图4所示，热传递层103可以与焊盘102的侧面和朝向第二面105的底面同时相接触。热传递层103与焊盘102的接触面积越大，导热效果越好。
本发明第一实施例提供的一种半导体结构，焊盘102上的热量可以通过热传递层103传递到凹槽104中，凹槽104再把热量传递到***环控或空气中，解决了现有的半导体结构中，当通过焊盘102传导大电流信号时，焊盘102处热量多，散热要求高，由于基板热导率低，多层材料界面热阻大，热量不能及时高效的传递出来，造成半导体结构散热能力差的不良影响的问题，防止了焊盘102中热量积累引起的半导体结构局部温度峰值，进而防止了半导体封装结构空间内温度急剧上升，造成***性能下降，甚至完全失效的问题，解决了半导体结构散热能力差和半导体结构中焊盘102局部温度过高的问题。
参见图5，本发明第二实施例还提供一种半导体结构，该半导体结构与前一实施例大致相同，主要区别包括半导体基底100包括中间区域108以及环绕中间区域108的边缘区域109，凹槽104包括：位于中间区域108的第一凹槽1041，位于边缘区域109的第二凹槽1042。以下将结合附图对本发明第二实施例提供的半导体结构进行详细说明，与前一实施例相同或者相应的部分，可参考前述实施例的说明，以下将不做赘述。
如图5所示，本发明第二实施例提供的一种半导体结构中，半导体基底100包括中间区域108以及环绕中间区域108的边缘区域109，凹槽104包括：位于中间区域108的第一凹槽1041，位于边缘区域109的第二凹槽1042，且第一凹槽1041贯穿半导体基底100，第二凹槽1042为位于半导体基底100内的盲孔。
综上，可以理解的是，凹槽104可以贯穿半导体基底100或者凹槽104为在半导体基底100内的盲孔，如果凹槽104是半导体基底100内的盲孔，则此凹槽104在半导体基底100的边缘区域109，这样焊盘102的热量通过热传递层103传递到凹槽104里之后，不同的凹槽104都可以连通到***环控或暴露在空气中，将焊盘102的热量传递到***环控或空气中。
对比本发明第一实施例，本实施例在半导体结构中不增加连通孔106的情况下，就可以使得半导体结构中每一个凹槽104都与***环控或空气连通，在不提高半导体结构复杂性的同时，保证了凹槽热量快速导通出半导体结构，防止了热量积蓄在半导体结构中，提高了半导体结构的可靠性，解决了半导体结构散热能力差和半导体结构中焊盘102局部温度过高的问题。
图6为本发明一实施例提供的一种半导体封装结构的一种剖面结构示意图。
本发明第三实施例还提供一种半导体封装结构，半导体封装结构包括多个依次堆叠设置的上述的半导体结构。如图6所示，半导体封装结构包括半导体基底100，第二半导体基底200和第三半导体基底300，多个半导体结构的多个凹槽104相连通。多个半导体结构的多个凹槽104相连通，形成一个凹槽104，减小了半导体封装结构的复杂性，更利于实现。
如图6所示，多个连通的凹槽104可以连通到半导体封装结构的外表面。多个连通的凹槽104连通到半导体封装结构的外表面，将半导体封装结构中焊盘102的热量统一传输到***环控或空气中，使得半导体封装结构复杂性降低。可以理解的是，多个半导体结构的凹槽104也可以相互分立，单独连通***环控或空气。
在一个例子中，在半导体封装结构中多个半导体结构包括第一半导体结构和第二半导体结构；第二半导体结构还包括位于第二半导体结构第二面105的焊盘102，第一半导体结构第一面101的焊盘102和第二半导体结构第二面105的焊盘102相连接。
本发明第三实施例提供的一种半导体封装结构，包括多个依次堆叠设置的半导体结构，多个半导体结构的焊盘102的热量通过热传递层103传递到相互连通的凹槽104中，再统一传输到***环控或空气中，在减小半导体封装结构复杂性的同时，解决了半导体封装结构散热能力差和半导体封装结构中焊盘102局部温度过高的问题。
本发明实施例提供一种半导体结构及半导体封装结构，通过热传递层接触焊盘和凹槽，将焊盘中的热量传递到凹槽中，凹槽中的热量再传输到***环控或空气中，防止了半导体结构及半导体封装结构中由于焊盘传导大电流信号时，焊盘处热量多，散热要求高，由于基板热导率低，多层材料界面热阻大，热量不能及时高效的传递出来，造成半导体结构散热能力差的不良影响的问题，防止了焊盘中热量积累引起的半导体结构局部温度峰值，进而防止了半导体封装结构空间内温度急剧上升，造成***性能下降，甚至完全失效的问题，解决了半导体封装结构散热能力差和半导体结构中焊盘局部温度过高的问题。
本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各自更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。
Claims (15)
1.一种半导体结构，其特征在于，包括：
半导体基底，所述半导体基底具有第一面和与所述第一面相对的第二面；
焊盘，所述焊盘位于所述第一面；
热传递层，所述热传递层位于所述第一面，且所述热传递层与所述焊盘接触；
凹槽，所述凹槽位于所述半导体基底内，且所述凹槽与所述热传递层连通。
2.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述凹槽沿垂直所述半导体基底的方向贯穿所述半导体基底；或者，所述凹槽为位于所述半导体基底内的盲孔。
3.根据权利要求2所述的半导体结构，其特征在于，所述凹槽为位于所述半导体基底内的盲孔，所述半导体结构还包括：连通孔，所述连通孔位于所述半导体基底内且所述连通孔的延伸方向与所述凹槽的延伸方向不同，所述半导体基底暴露出所述连通孔的一端，且所述连通孔的另一端与所述凹槽相连通。
4.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述热传递层与所述焊盘的侧面相接触。
5.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述热传递层与所述焊盘朝向所述第二面的底面相接触。
6.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述热传递层的材料为绝缘材料。
7.根据权利要求6所述的半导体结构，其特征在于，热传递层的材料包括：导热硅胶、导热绝缘弹性橡胶或导热填充胶。
8.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述热传递层覆盖所述凹槽的一端。
9.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述凹槽的数量为多个，且同一所述热传递层与多个所述凹槽连通。
10.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，还包括：导热层，所述导热层位于所述凹槽内，且所述导热层的体积小于所述凹槽的容积。
11.根据权利要求10所述的半导体结构，其特征在于，所述导热层为金属材料。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的半导体结构，其特征在于，所述半导体基底包括中间区域以及环绕所述中间区域的边缘区域，所述凹槽包括：位于所述中间区域的第一凹槽，位于所述边缘区域的第二凹槽，且所述第一凹槽贯穿所述半导体基底，所述第二凹槽为位于所述半导体基底内的盲孔。
13.一种半导体封装结构，其特征在于，包括多个依次堆叠设置的如权利要求1-12任一所述的半导体结构。
14.根据权利要求13所述的半导体封装结构，其特征在于，多个所述半导体结构的多个所述凹槽相连通。
15.根据权利要求13所述的半导体封装结构，其特征在于，多个所述半导体结构包括第一半导体结构和第二半导体结构；所述第二半导体结构还包括位于所述第二半导体结构第二面的焊盘；所述第一半导体结构第一面的焊盘和所述第二半导体结构第二面的焊盘相连接。
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